棉花是我国重要的经济作物，不仅是天然纤维的主要来源，更是典型的大宗油料和饲用作物，是保障大食物安全的重要载体。同时，棉花也是研究多倍体作物进化、遗传和育种的重要材料，是基因组复杂、研究难度较高的作物之一。

围绕这一作物中的重大科学问题，我国科研人员持续攻关，逐步建立起从“看清基因组”到“用好基因组”、从“认识种质资源”到“利用优异种质”的完整创新链条。依托中国农业科学院棉花研究所等单位建设的棉花生物育种与综合利用全国重点实验室（重组前为棉花生物学国家重点实验室，以下简称实验室），近年来在基因组、群体遗传学、种质资源和优异基因挖掘等领域不断取得突破，为我国棉花科技创新和现代种业发展提供了重要支撑。

从“看不清”到“看得见”：为棉花研究绘制基因组“地图”

要改良作物，首先要读懂它的“生命说明书”——基因组。实验室率先推动我国棉花研究进入基因组时代，2012年—2015年主导完成多个关键棉种的基因组测序与组装，逐步厘清了复杂棉花基因组的基本框架。通俗地说，这相当于为棉花研究绘制出越来越精细的“地图”，使科学家能够更准确地定位与纤维形成、抗病、高产优质等性状相关的关键区域。

更重要的是，这些成果不仅“测出了序列”，也回答了四倍体棉花起源、不同栽培棉种分化及驯化改良关键区域等基础科学问题，为后续群体遗传学、种质资源鉴定和分子育种奠定了基础。

从“个体”到“群体”：读懂棉花驯化与改良的遗传规律

2018年—2022年，实验室科研人员通过大规模重测序和群体分析，系统揭示了不同棉种及不同地理群体的遗传分化规律，解析了纤维品质、产量、抗病性等重要性状的关键基因组区域。这些研究使科学家不仅能看到差异，更能解释差异如何形成、哪些变异真正与优良性状相关、哪些基因组片段在驯化和育种过程中被持续保留。特别是，一些大尺度染色体倒位、易位和结构变异被证明与陆地棉地理分化、区域适应和重要农艺性状密切相关，表明决定棉花优良性状的，不仅有点突变，更有基因组结构层面的深刻变化。

2022年，随着研究的进一步深入，棉花生物学国家重点实验室完成重组，更名为棉花生物育种与综合利用全国重点实验室。平台名称的变化，反映出的不仅是管理层面的升级，更是科研方向上的全方位拓展。

此前的工作，重点是回答棉花“是什么、从哪里来、有哪些关键变异”；而重组之后，实验室更加突出面向国家需求和产业应用，重点回答“这些发现怎么用于育种、怎么更快创造新品种、怎么直接改良主栽品种”，更重要的是，如何拓展棉花的应用边界。

打通“最后一公里”：棉花高效遗传转化技术实现重要突破

棉花虽然重要，但在分子生物学研究和基因编辑应用中，一直存在一个“老大难”问题：遗传转化效率不高，而且容易受基因型限制。这就像研究人员已经找到了一个好基因，也知道它可能有用，但要把它真正导入材料、验证功能、用于品种改良，却往往需要耗费很长时间，甚至在某些主栽品种上根本难以操作。

2022年，实验室在这一关键底层技术上取得从“0”到“1”的突破，建立了跨种间、种内且无明显基因型限制的棉花高效遗传转化体系。这一成果的重要意义，在于大大缩短了从“发现基因”到“验证基因”再到“利用基因”的路径。

通俗地说，过去科研人员像是找到了很多“好零件”，但缺少一套高效的组装工具；而现在，这套工具更加成熟了，很多优异基因可以更快完成功能验证，也更有希望直接进入育种应用环节。

这一技术突破，使棉花分子设计育种和基因编辑育种有了更强的操作基础，也让实验室多年来积累的大量基因组资源、功能基因资源，真正具备了“落地”的条件。

不只是找到基因，更要让基因“用起来”

发现优异基因，是现代生物育种的核心任务之一。但真正有价值的，不只是“找到一个与性状相关的基因”，而是要弄清它怎么起作用、能不能稳定利用、会不会带来副作用。

近几年，围绕纤维品质和抗虫等生产上重点关注的关键性状，实验室不断从海量种质资源和群体数据中筛选有价值的遗传位点，并通过功能研究把“候选基因”变成“可利用基因”。

例如，2025年科研人员发现调控棉花纤维从古老的“棕色-品质差-产量低”到如今的“白色-品质好-产量高”的关键基因，通过精细调控该基因，可以同时控制纤维的颜色、品质和产量。在抗虫研究中，实验室提出了新的调控策略，在提升棉花对害虫防御能力的同时，尽量降低对植株正常生长发育的不利影响。这类研究说明，现代育种不再只是简单追求“把抗性做强”，而是更加注重多性状之间的平衡，更强调“既有效，又稳定，还要代价小”。

这类优异基因挖掘的突破，标志着实验室正在从“发现变异”走向“设计利用变异”，从“解释生物学现象”走向“服务育种目标”。

新突破：绘出陆地棉更清晰的演化和育种“全景图”

2025年底，实验室在陆地棉基因组与群体遗传学研究方面再获重要进展。科研人员利用代表性材料构建了陆地棉微核心种质群体和超级泛基因组，对陆地棉的演化、传播和重要性状形成进行了更加系统的解析。

这一成果之所以受到广泛关注，是因为它进一步把棉花研究从“看一个参考基因组”推进到“看整个物种中广泛存在的遗传多样性”。

可以把它理解为：以前科学家主要是在研究“一本标准版说明书”，而现在则是在比较成千上万份不同版本的“说明书”，从中找出哪些内容是共同的，哪些变化决定了棉花在不同生态区、不同育种目标下形成不同特征。

通过这项研究，科研人员不仅更系统地梳理了陆地棉的演化路线，还发现了许多前期难以识别的重要变异位点，并挖掘到与纤维品质、衣分和抗病性相关的新遗传位点。

这类发现的意义非常直接：它为今后培育更高产、更优质、更抗逆的棉花新品种，提供了更加丰富、更加精准的“基因靶点库”。

从两个阶段看一条主线：始终围绕国家需求做棉花大文章

从棉花生物学国家重点实验室到棉花生物育种与综合利用全国重点实验室，平台名称虽有变化，科研主线却始终清晰。2022年以前，实验室重点围绕基因组、群体遗传学和种质资源研究，着力回答“棉花是什么、关键变异在哪里”；2022年至2026年，则更加突出优异基因挖掘、关键技术突破和新种质创制，着力回答“如何更高效改良棉花”。前后两个阶段层层递进、紧密衔接：前期夯实基础，后期强化应用，共同推动棉花研究从科学发现走向育种创新。

面向未来，随着关键基因持续发现、优异种质不断创制、育种技术加快突破，实验室正把更多“藏在基因里的潜力”转化为现实生产力，为我国棉花产业高质量发展和种业科技自立自强注入新动能。